基于云模式的新一代IDC系統(tǒng)框架研究

石屹嶸，龔德志

（中國電信股份有限公司上海研究院 上海 200122）

1 引言

隨著虛擬化、多核、自動化、Web等新技術的發(fā)展，以及大數據量、大用戶量、復雜業(yè)務對計算和存儲的需求不斷增長，基于云模式的資源和服務提供方式應運而生?！霸朴嬎恪蓖ㄟ^將大量的高度虛擬化的資源管理起來，組成一個大的資源池，通過網絡提供給用戶，是一種基礎架構管理方法論，其具有如下特征。

·大規(guī)模：一個云計算系統(tǒng)是由具備一定規(guī)模的多個節(jié)點組成的IT集群系統(tǒng)，系統(tǒng)規(guī)模幾乎可以無限擴大。

·平滑擴展：系統(tǒng)具備高度的擴展性和彈性，可以方便、快速地為應用增加和減少資源。

·資源共享：提供一種或多種形式的資源池，包括物理服務器、虛擬服務器（虛擬機）、事務和文件處理能力或任務進程（如Hadoop）以及存儲資源等，這些資源池可通過抽象化方式實現，并能夠同時為多種應用提供服務。

·動態(tài)分配：實現資源的按需動態(tài)分配，并按使用量計費。

“云計算”被認為是與下一代互聯(lián)網同樣重要的新技術，已經引起了國內外運營商的普遍重視，如：AT&T、BT、中國電信、中國移動均已制定了各自的云計算發(fā)展計劃。對于運營商，云計算是個發(fā)展契機，它一方面能夠優(yōu)化IT資源，降低企業(yè)內部的運營成本；另一方面也是運營IT業(yè)務的切入點，通過構建基于云計算的業(yè)務平臺，可以降低電信業(yè)務的運營成本和新業(yè)務的引入成本。而運營商在數據中心、網絡、用戶和渠道上的積累，使其在構建云模式的新一代IDC（以下簡稱IDC云）時具有構建成本低、拓展優(yōu)勢大、存儲能力強等優(yōu)勢。

2 IDC云業(yè)務模型

IDC云的建設需要考慮不同用戶群體的需求差異性，以三類典型IDC的承載目標客戶群為例。

·SP/CP托管：一般基礎架構規(guī)模較小，服務器平臺以PC服務器為主，運行Windows/Linux操作系統(tǒng)；應用類型以Internet應用為主，應用模型需要符合開發(fā)規(guī)范；對托管費用成本敏感。

·大型網站、在線游戲、電子商務等，如新浪、網易、騰訊、淘寶、盛大等新興Web 1.x/2.0企業(yè)：基礎架構規(guī)模較大，混合型的基礎架構，從終端服務器到PC服務器均有，運行UNIX/Windows/Linux操作系統(tǒng)；應用類型為Intenet應用，應用類型繁多；對服務水平、帶寬、應用部署速度敏感。

·傳統(tǒng)行業(yè)、金融、證券、政府、集團客戶：基礎架構、應用類型復雜，一般都是自行開發(fā)的行業(yè)應用；對安全性、資源獨占性敏感。

對于不同的客戶群適合運用的云計算層級不同，例如：SP/CP具備共性的應用群可以應用PaaS（平臺即服務）模型；大型網站適合IaaS（軟件即服務）模型；其他應用以私有云或者獨占模式建設。

基于云計算技術改造后的新一代IDC除了傳統(tǒng)業(yè)務外，可以給用戶從基礎設施、平臺和應用不同的層次提供新型的服務。

（1）云主機服務

云主機服務給外部或者內部用戶提供基礎資源服務，用戶通過網絡就可以享用到基礎資源，而不需要在本地購買和部署物理資源?；A資源服務包括計算資源、網絡資源和存儲資源。計算資源是指物理服務器的計算能力，與CPU、內存相關；存儲資源是指存儲能力，與磁帶、磁盤、存儲系統(tǒng)的空間相關；網絡資源包括網關、子網、帶寬和IP等資源。用戶購買到資源服務后，就可以通過網絡進行遠程訪問和使用，可以在申請的虛擬主機上安裝自己需要的中間件、應用、工具等，或者在存儲服務上上傳自己的數據和內容?；A資源的租用服務一方面可以降低用戶的一次性投入成本，以更低的價格使用服務；另一方面通過服務消費的方式降低在用戶內部的管理和維護復雜度，不需要有專門的人員和技能，所有的管理和維護都由數據中心的專業(yè)人士完成，用戶只需要保證網絡連接就可以；同時專業(yè)的管理和維護給服務帶來更高的可靠性。

在云主機服務層面上，除了提供基本的資源租用服務之外，IDC云還可以更一步提供增值服務，例如災備服務。傳統(tǒng)模式下一個企業(yè)需要花費大量的成本自己搭建災備環(huán)境和系統(tǒng)，而災備系統(tǒng)的使用幾率又很低，因此企業(yè)往往在風險和成本之間猶豫。IDC云可以給企業(yè)提供專業(yè)的災備服務，首先IDC云和企業(yè)系統(tǒng)處于異地，符合災備的基本要求，而且在IDC云內部可以通過大量的資源共享來降低災備環(huán)境的成本，使得企業(yè)愿意購買災備服務。

云主機服務的主要客戶定位包括對成本比較敏感的用戶，如中小企業(yè)、軟件園區(qū)及軟件開發(fā)商等；對物理資源的需求有周期波動或者有不可預測性的用戶，包括創(chuàng)新型企業(yè)、網絡游戲公司、網站等；或者是有臨時性資源要求的短期性客戶。

（2）云平臺服務

云主機服務給用戶提供基本的資源，用戶可以根據自己的需求進行靈活部署和配置。在云主機服務基礎之上IDC云可以進一步提供云平臺服務，對于常見的操作系統(tǒng)、中間件及工具等事先完成部署和配置，用戶可以直接享用這些平臺服務，而不需要自己進行安裝和維護。云平臺服務的提供有兩種方式：一種方式是提供內置有中間件或者工具的鏡像文件，用戶可以直接申請帶有所需的操作系統(tǒng)、中間件和工具的虛擬機，享用平臺層的服務；另外一種方式是提供統(tǒng)一的平臺級服務，用戶申請的是平臺服務而不是虛擬機，云平臺服務根據不同應用領域提供不同的平臺服務，常見的平臺服務如下。

·Web應用平臺服務：提供統(tǒng)一的Web應用平臺，用戶可以直接把Web應用部署在該平臺上，給他的用戶提供功能。

·數據庫平臺服務：提供統(tǒng)一的數據庫服務，云平臺通過多租戶等關鍵技術保證不同用戶數據的隔離性和安全性，同時提供不同的服務質量級別，用戶可以根據自己的需求和預算選擇不同的服務質量級別。

·分析計算平臺：基于云技術的分析計算平臺針對企業(yè)數據的海量化，以及數據的種類繁多且大量數據是無結構或者半結構化等特點提供高容錯、高可擴展的平臺，以進行數據存儲和分析計算，充分利用分布式技術提高分析計算的效率。

·其他如存儲平臺、應用領域平臺（如Salesforce.com）等，提供不同的服務。

除了用戶的生產環(huán)境可以使用云平臺服務之外，云平臺服務還可以給非生產環(huán)境，例如開發(fā)環(huán)境、測試環(huán)境、災備環(huán)境等提供服務。

云平臺服務除了上述功能之外，很重要的一個非功能特性是提供彈性支持?？蛻羰褂迷破脚_提供的彈性管理服務，創(chuàng)建應用集群，通過云平臺的集群和彈性管理，在應用訪問量高的時候，自動增加更多虛擬機到應用集群中，通過更多的資源來保證服務質量；在應用訪問量低的時候，云平臺自動減少應用集群里面的虛擬機，在保證服務質量的同時降低系統(tǒng)的成本。

（3）云應用服務

在云平臺基礎之上進一步可以提供云應用服務，即通過IDC云平臺給用戶提供應用級別的服務，在云平臺上提供應用服務包括兩方面。

·一方面是基于典型的云主機租用服務，在云平臺的虛擬機上不僅提供平臺層和中間件層的預配置，同時和應用服務提供商合作，預安裝和配置應用內容，例如辦公自動化系統(tǒng)，通用領域應用如報關、會計系統(tǒng)，特定行業(yè)的進銷存管理系統(tǒng)等。在這種模式下，用戶可以從IDC云的運營商中購買到一整套服務，從底層資源到上層應用。通過IDC云運營商的規(guī)?；?、共享和捆綁降低整體成本，用戶可以更低的價格使用服務。

·另一方面是基于云平臺上的軟件即服務 （SaaS）模式。SaaS模式指用戶無需購買軟件的版權和安裝包，而是通過網絡在線的方式訂閱使用。SaaS是一種通過Internet提供軟件和應用的模式：廠商將應用軟件統(tǒng)一部署在服務器上，客戶可以根據自己實際需求，通過互聯(lián)網向廠商定購所需的應用軟件服務，按定購的服務多少和時間長短向廠商支付費用，并通過互聯(lián)網獲得廠商提供的服務。用戶不用再購買軟件，且無需對軟件進行維護，服務提供商會全權管理和維護軟件，軟件廠商在向客戶提供互聯(lián)網應用的同時，也提供軟件的離線操作和本地數據存儲，讓用戶隨時隨地都可以使用其定購的軟件和服務。在這種模式下，客戶通過Internet就可以使用自己的應用系統(tǒng)，通過互聯(lián)網便可以享受到相應的硬件、軟件和維護服務，享有軟件使用權和不斷升級的服務，這是網絡應用最具效益的營運模式。SaaS模式和前面應用租用服務的核心區(qū)別在于應用租用模式中各個用戶的應用都是各自獨立隔離的，每個用戶一個部署，彼此不共享應用平臺，而在SaaS模式下，多個用戶可以共享一個應用實例，由SaaS平臺來保證多個用戶之間的數據和配置互相隔離，彼此不會干擾。這樣在物理資源虛擬化的基礎上提供了應用的虛擬化，可以進一步降低單位成本，同時通過虛擬化提高應用的可擴展性。

（4）云移動服務平臺

移動服務平臺是一種特殊的應用服務，運營商為了充分利用在固話和移動網絡上的核心能力，把這些核心能力封裝成服務的形式，通過云平臺提供給終端用戶和開發(fā)者，拓寬電信核心能力的使用，為運營商帶來更多的收入。運營商的核心能力包括基本網元服務和新的增值業(yè)務，例如短信、彩信、定位、“全球眼”等。移動服務平臺提供統(tǒng)一的入口進行服務檢索和使用，跟蹤記錄用戶對服務的興趣和使用程度，在為計費提供基礎數據的同時，也為運營商對核心能力的后續(xù)改進提供了客觀的依據。移動服務平臺構建在云平臺之上，根據平臺訪問量和負載的變化分配相應的物理資源。

3 IDC云體系架構

IDC云將是一個長期不間斷運行的、高可靠性、高處理能力、可擴展性強的多業(yè)務支撐平臺。因此，該平臺在設計和實施等方面應從先進性、穩(wěn)定性、安全性、開放性和可擴展性等幾方面進行綜合考慮，應遵循如下原則。

·技術的先進性和成熟性：整個平臺的設計應立足于采用先進的、成熟可靠的、代表未來發(fā)展方向的主流技術，既減小了系統(tǒng)建設過程中的技術風險，又增加了系統(tǒng)的生命周期，使得投資得到最大的效益回報。

·一致性和完整性：平臺中的各個模塊和各個層次應遵循關于信息描述、組織、系統(tǒng)管理和檢索與服務等方面的標準需要，遵循內容編碼、數據通信、計算機系統(tǒng)安全等方面的標準，保證所建立的信息和服務的可使用性、互操作性和可持續(xù)性。

·高度的可靠性和穩(wěn)定性：系統(tǒng)應具有很強的容錯、容災能力，完善的系統(tǒng)糾錯恢復安全機制和自動診斷告警能力。

·可伸縮性和可擴展性：涉及的主機平臺、網絡平臺、數據庫平臺等應具有良好的可擴充性（升級能力）。數據模型的設計要充分考慮平臺系統(tǒng)將來可能的擴展和業(yè)務的變動，以適應業(yè)務的迅速發(fā)展。架構設計時應采用伸縮性很強的體系結構，以能夠適應業(yè)務的不斷發(fā)展和用戶規(guī)模的擴大。能夠通過逐漸疊加、集成或擴展不同的系統(tǒng)模塊或數據內容，適應從簡單系統(tǒng)到復雜機制的不斷發(fā)展。

·開放性：開放性是指系統(tǒng)能夠方便地進行功能擴充和修改，以及能夠方便地同其他系統(tǒng)（甚至基于不同軟硬件體系結構）進行連接、數據交換、增加子系統(tǒng)。為此，平臺設計要求采用標準協(xié)議和規(guī)范或采用中間件技術。

·高安全性：安全性是指系統(tǒng)能夠抵御外來攻擊使得系統(tǒng)免遭破壞，平臺的機密信息不被非授權用戶訪問。整個網絡設計、網絡設備選擇、網絡平臺及軟件設計都要將安全放在重要位置，確保網絡安全和信息安全。不僅要求能抵御外來（Internet）的數據非法訪問和攻擊，在內部也要提供完善的認證和授權機制來保證系統(tǒng)的安全性。

IDC云平臺架構由管理控制中心、資源池和安全管理三大部分組成。管理控制中心是整個云平臺的控制中心，對平臺用戶提供自服務等功能，并提供資源池的分配、管理和控制，同時還應與產品業(yè)務管理、運營支撐平臺等外部系統(tǒng)對接，完成業(yè)務運營所需的流程控制和計費等功能；資源池由基礎資源和虛擬化資源組成?；A資源包含服務器、存儲和網絡設備等傳統(tǒng)IDC硬件設備，虛擬化資源是通過虛擬化軟件將基礎資源虛擬化，并整合為虛擬化資源池；安全管理貫穿IDC云平臺從底層硬件到管理中心的各個環(huán)節(jié)，通過建立安全的身份認證、訪問授權、安全審計等機制，確保業(yè)務應用和平臺自身的安全。

IDC云平臺的功能聚焦在IDC虛擬資源的合理分配、高效利用和自動管理上，主要定位于為其他產品和業(yè)務提供有彈性的、能快速部署的、高可用性的IDC服務。因此，IDC云平臺的管理中心獨立于各個產品業(yè)務，不涉及具體業(yè)務的用戶和業(yè)務管理，只負責分配和管理這些業(yè)務請求的IDC資源和服務等級保障，以及管理這些資源的使用周期。以云主機產品為例，產品的主體業(yè)務流程由云主機業(yè)務管理系統(tǒng)管理，在用戶申請開通、變更云主機服務的時候，由云主機業(yè)務管理系統(tǒng)向IDC云平臺請求相應的資源，平臺的管理控制中心在虛擬化資源池中進行相關分配，返回響應結果，同時提供相應服務等級的增值服務（遷移、備份等）。同樣，云存儲業(yè)務、PaaS等業(yè)務在需要IDC資源的時候，也是由其業(yè)務管理平臺向IDC云平臺提出資源和服務等級申請。

IDC云平臺的體系架構如圖1所示。

其中，管理控制中心的主要模塊功能描述如下。

·自服務模塊：作為IDC云平臺的服務入口，平臺用戶可以通過該入口進入平臺管理控制中心。區(qū)別于各產品業(yè)務的服務門戶，該自服務模塊僅向用戶提供所屬資源的監(jiān)視和控制，不直接提供資源的申請和變更服務。如在云主機業(yè)務中，由IDC運營支撐系統(tǒng)向用戶提供云主機業(yè)務門戶，用戶在此門戶下使用云主機業(yè)務提供的功能、服務，可能包括云主機開通、變更、關閉以及資源查看、使用統(tǒng)計等。僅在用戶需要控制、監(jiān)視所屬主機的時候，業(yè)務門戶將用戶重定向到云管理平臺的自服務模塊中。

·服務生命周期管理：從資源服務請求接收開始到資源服務結束，管理和控制著資源服務的各生命周期狀態(tài)。主要包括服務請求管理、服務狀態(tài)管理、查詢檢索、審批等功能子模塊。

·資源管理：負責管理平臺管理控制中心的核心資源，這些資源包括賬號、權限、服務目錄、鏡像文件、虛擬機、軟硬件以及License等。

·資源服務模塊提供對資源池資源的操作封裝，將底層資源包裝成服務，其中包括計算資源配置、集群配置、數據采集、監(jiān)控告警、軟件部署、應用遷移、備份與恢復等子模塊。

·系統(tǒng)接口：包括賬號管理接口、計費接口、工單接口、網管報表接口、使用狀況報表接口等，為IDC云平臺與其他IT系統(tǒng)對接提供數據輸入和輸出。

4 IDC云功能模型

基于IDC云平臺體系架構，可以將IDC云的功能模型分為5個層次：物理資源層、虛擬化資源層、基礎服務層、接口層和管理層，每個層次又由不同功能模塊組成（如圖2所示），下面將對功能模型中的關鍵模塊逐一進行說明。

·虛擬資源管理模塊是對物理資源的虛擬化，物理資源主要包括三大類：計算資源、存儲資源和網絡資源。資源虛擬化指對物理資源的抽象和虛擬化，虛擬化后提供三大類虛擬化資源，包括虛擬化計算資源、虛擬化存儲資源和虛擬化網絡資源。虛擬化計算是指在一個服務器上虛擬出多個虛擬服務器，每個虛擬服務器上可以運行不同的服務，這樣可以充分利用服務器的強大硬件能力，提高利用率。虛擬化存儲是指為物理的存儲設備提供一個抽象的邏輯視圖，用戶可以通過邏輯視圖來訪問物理上分布在不同存儲上的眾多文件，方便用戶訪問，提高文件訪問的效率。虛擬化網絡是指整合后的網絡硬件和軟件，提供虛擬化網絡，一個虛擬化網絡可以包括多個本地網絡，或者一個本地網絡可以被定義成多個虛擬化網絡。

·鏡像管理模塊支持用戶瀏覽查看平臺上的鏡像文件，包括創(chuàng)建鏡像、更新鏡像、查看鏡像、修改鏡像等。

·實例管理模塊支持用戶對自己的實例對象進行管理，并對實例全生命周期進行管理。

·規(guī)模擴展模塊支持應用根據負載高低自動分配資源，高負載時增加資源，低負載時釋放多余資源，根據應用集群的監(jiān)控數據，自動調整應用集群，增加或者減少節(jié)點，在保證用戶服務質量的同時優(yōu)化對資源的需求。

·安全管理模塊貫穿整個IDC云平臺，從物理機房、主機、存儲、網絡到應用和服務層，IDC云平臺的安全性需要從不同層次分別入手。

·用戶管理模塊對平臺上的用戶提供管理功能，包括用戶自服務和用戶管理。

·計費管理模塊是云模式的IDC業(yè)務中不可缺少的一個模塊，該模塊負責對云模式IDC中服務定價，記錄用戶對服務的使用度量數據，以及根據度量數據和計價策略生成用戶的賬單。

·系統(tǒng)監(jiān)控模塊對IDC云進行實時監(jiān)控，獲取資源的運行和使用詳細情況，為系統(tǒng)的正常運行和計費提供基礎。

5 IDC云組網和部署結構

IDC云組網部署包括兩部分，一部分是虛擬化資源池的組網部署，另一部分是云平臺管理控制中心的組網部署。

IDC云的組網劃分為三大區(qū)域：隔離區(qū)（DMZ）、網管網絡和生產網絡。三個區(qū)域由兩層防火墻進行劃分。隔離區(qū)是外部互聯(lián)網與IDC內部網絡的緩沖區(qū)，可以放置一些必須公開的服務器設施，如云平臺的自服務Web服務器。網管網絡屬于內部管理網絡，放置各種管理控制服務器設備，由兩層防火墻提供與外網的隔離，遠程管理的需求由VPN提供安全接入。生產網絡連接著虛擬化資源池中的設備，在云主機等服務交付后，用戶可有條件地進入生產網絡，登錄相應的云主機設備。根據用戶申請的云主機屬性和服務等級不同，云主機的訪問方式也有不同。對于可以訪問Internet的云主機，用戶可以通過Internet直接登錄和訪問云主機；對于不能訪問Internet的云主機，用戶必須通過IDC云平臺自服務模塊中提供的主機控制功能來操作云主機。

虛擬化資源池包含服務器集群、存儲陣列等設備。服務器通過虛擬的和物理的交換機劃分為可以訪問Internet的公網服務器組和不能訪問Internet的內網服務器組。服務器通過接入網絡設備接入到IDC核心網絡，由IDC生產網絡提供統(tǒng)一出口，構成服務器資源池。存儲設備由SAN網絡構建成的存儲網與服務器資源池互連，提供服務器對存儲資源的存儲訪問。

云平臺管理控制中心根據服務模塊負載需求以分布式方式部署在網管網絡中，如按功能部署為資源服務服務器、資源管理服務器以及采集監(jiān)控服務器等。

整體組網部署結構如圖3所示。

6 演進路徑

第一步：基礎設施服務平臺建設。

·整合：服務器整合、存儲整合、整合效率評估，降低基礎架構復雜度。

·虛擬化：主機虛擬化、存儲虛擬化和網絡虛擬化，消除資源物理邊界，提升資源利用率，統(tǒng)一資源池分配。

·服務調度：面向服務的云平臺、動態(tài)伸縮、動態(tài)服務管理、多重租用、安全性、自服務、彈性基礎架構，大幅度加快服務部署周期。

·強調“管理”能力的基礎架構。

·運維體制、安全保障體制的建設。

·融合服務模板的云主機業(yè)務的開展：基于系統(tǒng)級軟件的云主機，例如開發(fā)測試工具等；備份服務、病毒、補丁等增值云主機服務。

第二步：電信服務能力開放和融合，建設云中開發(fā)平臺，完善PaaS平臺。

·開放電信的核心能力到云平臺，例如：SMS/MMS、商務領航、號百等。

·完善服務模板，集成電信核心能力。

·建設云中開發(fā)平臺，完善開發(fā)—測試—部署的環(huán)境。

第三步：根據業(yè)務的需要，結合第三方應用，逐步地開放SaaS應用；并結合電信核心能力的開放程度，逐步地將內部的IT系統(tǒng)進行改造。

7 結束語

IDC云將全方位覆蓋云計算的各個層次，包括基礎設施服務、平臺服務和軟件服務，在此基礎上進行業(yè)務和服務創(chuàng)新，給外部和內部用戶提供新型服務，提高競爭力。同時在數據中心內部管理上，采用虛擬化技術提高物理資源的利用率，降低單位成本，采用標準化和自動化技術全面提高運營效率，降低運營成本，提高服務質量。

1 龔德志，聞劍峰.虛擬化技術在電信服務器資源整合中的應用研究.電信科學，2009，25（9）

2 石屹嶸，段勇.云計算在電信IT領域的應用探討.電信科學，2009，25（9）

3 聞劍峰，龔德志.虛擬化技術在電信災難恢復計劃中的應用研究.電信科學，2009，25（9）